Corso diELETTRONICA INDUSTRIALE
Corso diELETTRONICA INDUSTRIALE
““ConvertitoreConvertitore FlybackFlyback..EsempioEsempio di di progettoprogetto””
•• Struttura e caratteristiche del Struttura e caratteristiche del convertitore Flybackconvertitore Flyback
•• Progetto di un convertitore Flyback Progetto di un convertitore Flyback multimulti--uscitauscita
Argomenti trattatiArgomenti trattati
Convertitore FlybackConvertitore Flyback
++
--uuoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CCLL
iiooii22
•• è il più semplice schema a trasformatoreè il più semplice schema a trasformatore
•• l’induttanza del convertitore buckl’induttanza del convertitore buck--boost boost viene sostituita da un mutuo induttoreviene sostituita da un mutuo induttore
•• ha un basso fattore di utilizzo Pha un basso fattore di utilizzo Poo/P/PSS
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σΦ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σ
Flussi concatenati con gli avvolgimenti:Flussi concatenati con gli avvolgimenti:( )λ λ λ1 11 12 1 11 12= + = +N Φ Φ( )λ λ λ1 11 12 1 11 12= + = +N Φ Φ
= +
N N i N i1
1 112
2 2R R
σ= +
N N i N i1
1 112
2 2R R
σ
Flussi concatenati con gli avvolgimenti:Flussi concatenati con gli avvolgimenti:( )λ λ λ2 22 21 2 22 21= + = +N Φ Φ( )λ λ λ2 22 21 2 22 21= + = +N Φ Φ
= +
N N i N i2
2 221
1 1R R
σ= +
N N i N i2
2 221
1 1R R
σ
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σΦ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σ
Coefficiente di accoppiamento:Coefficiente di accoppiamento:
σ σ σ1212
2221
21
11= = = =
ΦΦ
ΦΦ
σ σ σ1212
2221
21
11= = = =
ΦΦ
ΦΦ
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σΦ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σ
Accoppiamento perfetto:Accoppiamento perfetto:
σ = ⇒ = =1 12 22 21 11Φ Φ Φ Φ,σ = ⇒ = =1 12 22 21 11Φ Φ Φ Φ,
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σΦ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σ
Coefficienti di autoinduzione:Coefficienti di autoinduzione:
λ σ112
1 2 1 21 1 2= + = +
N i N N i L i L iMR Rλ σ1
12
1 2 1 21 1 2= + = +
N i N N i L i L iMR R
L L LM = σ 1 2L L LM = σ 1 2
Accoppiamento Accoppiamento perfetto:perfetto:
L L LM = 1 2L L LM = 1 2
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
Coefficienti di autoinduzione:Coefficienti di autoinduzione:
λ σ222
2 1 2 12 2 1= + = +
N i N N i L i L iMR Rλ σ2
22
2 1 2 12 2 1= + = +
N i N N i L i L iMR R
L L LM = σ 1 2L L LM = σ 1 2
Accoppiamento Accoppiamento perfetto:perfetto:
L L LM = 1 2L L LM = 1 2
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
Energia accumulata:Energia accumulata:
W i i L i L i L i iM= + = + +12
12
12
121 1 2 2 1 1
22 2
21 2λ λW i i L i L i L i iM= + = + +
12
12
12
121 1 2 2 1 1
22 2
21 2λ λ
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
Nota:Nota:Contrariamente al trasformatore ( ), il Contrariamente al trasformatore ( ), il mutuo induttore ( ) accumula energia. A mutuo induttore ( ) accumula energia. A tal fine vengono introdotti deital fine vengono introdotti dei traferri.traferri.
R = 0R = 0R > 0R > 0
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
RR
NN11 NN22uu11++--
uu22++
--
ii11 ii22
Nota:Nota:Contrariamente al trasformatore ( ), il Contrariamente al trasformatore ( ), il mutuo induttore ( ) accumula energia. A mutuo induttore ( ) accumula energia. A tal fine vengono introdotti dei tal fine vengono introdotti dei traferri.traferri.
R = 0R = 0R > 0R > 0
RR
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
Equazioni del mutuo induttoreEquazioni del mutuo induttore
uu11 uu22++
--
++
--
ii11 ii22
uu dddtdt
LL dddtdt
LL dddtdt
uu dddtdt
LL dddtdt
LL dddtdt
1111
1111
MM
2222
MM11
22
== == ⋅⋅ ++ ⋅⋅
== == ⋅⋅ ++ ⋅⋅
λλ
λλ
ii ii
ii ii
22
22
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di on Fase di on (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
S onS on ii22 = 0= 0uu11 = U= Uii D offD off⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di on Fase di on (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
uu LL dddtdt
uu LL dddtdt
11 1111
22 MM11
== ⋅⋅
== ⋅⋅
ii
ii ⇒⇒uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di on Fase di on (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
i i UL
t Ii1 1
11= = +µ mini i U
Lt Ii
1 11
1= = +µ min I I UL
tMAXi
on1 11
= +minI I UL
tMAXi
on1 11
= +min
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di on Fase di on (CCM)(CCM)
i i UL
t Ii1 1
11= = +µ mini i U
Lt Ii
1 11
1= = +µ min
uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
ii22 = 0= 0
uu11 = U= Uii
uu11UUii
tt
tt
tt
ii11
ii22
II1min1min
II1MAX1MAX
ttonon
ttonon
ttonon
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di off Fase di off (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
S offS off ii22 > 0> 0ii11 = 0= 0 uu22 = = --UUoo⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di off Fase di off (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
uu LL dddtdt
uu LL dddtdt
11 MM
22 22
== ⋅⋅
⋅⋅
ii
ii
22
22==
uu
LL
NN
M1
2 2
1
2= =
uu
LL
NN
M1
2 2
1
2= =⇒⇒
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di off Fase di off (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
i i I UL
t NN
I UL
tMAXo
MAXo
2 2 22
1
21
2= = − = −µi i I U
Lt N
NI U
LtMAX
oMAX
o2 2 2
2
1
21
2= = − = −µ
uu11UUii
ttonon tt
tt
ttttonon
ttonon
ii11
ii22
II1min1min
II1MAX1MAX
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Fase di off Fase di off (CCM)(CCM)
TTSSttoffoff
U NNo
1
2U N
No1
2
II2MAX2MAX II2min2min i NN
I UL
tMAXo
21
21
2= −i N
NI U
LtMAX
o2
1
21
2= −
ii11 = 0= 0
U t U NN
ti on o off= 1
2U t U N
Nti on o off= 1
2
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Sollecitazioni sugli interruttoriSollecitazioni sugli interruttori
ttttonon
iiSS
II1min1min
II1MAX1MAX
uuSS
ttonon tt
TTSS
ttoffoff
UUi i ++ U NNo
1
2U N
No1
2
iiSMAX SMAX = I= I1MAX1MAX
UUi i ++ U NNo
1
2U N
No1
2uuSMAX SMAX ==
Funzionamento del convertitore flyback Funzionamento del convertitore flyback Sollecitazioni sugli interruttoriSollecitazioni sugli interruttori
ttttonon
iiDD
II2min2minII2MAX2MAX
uuDD
ttonon tt
TTSS
ttoffoff
UUo o ++ U NNi
2
1U N
Ni2
1
iiDMAX DMAX = I= I2MAX2MAX
UUo o ++ U NNi
2
1U N
Ni2
1uuDMAX DMAX ==
Fattore di conversione del Fattore di conversione del convertitore Flybackconvertitore Flyback
CCM (CCM (IIoo > I> Ioolimlim)) M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δ
δM U
UNN
o
i= =
−2
1 1δ
δ
Fattore di conversione del Fattore di conversione del convertitore Flybackconvertitore Flyback
CCM (CCM (IIoo > I> Ioolimlim))
DCM (DCM (IIoo < I< Ioolimlim)) M UU
II
o
i
N
o= = δ2M U
UII
o
i
N
o= = δ2
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δ
δM U
UNN
o
i= =
−2
1 1δ
δ
Fattore di conversione del Fattore di conversione del convertitore Flybackconvertitore Flyback
I Uf LN
iS
=2 1
I Uf LN
iS
=2 1
CCM (CCM (IIoo > I> Ioolimlim))
DCM (DCM (IIoo < I< Ioolimlim))
I Uf LN
iS
=2 1
I Uf LN
iS
=2 1
M UU
II
o
i
N
o= = δ2M U
UII
o
i
N
o= = δ2
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δ
δM U
UNN
o
i= =
−2
1 1δ
δ
( )I I NNo Nlim
= −1
21δ δ( )I I N
No Nlim= −1
21δ δ
Fattore di conversione del Fattore di conversione del convertitore Flybackconvertitore Flyback
Caratteristiche con carico resistivoCaratteristiche con carico resistivo
CCM (CCM (IIoo > I> Ioolimlim)) M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δ
δM U
UNN
o
i= =
−2
1 1δ
δ
Caratteristiche con carico resistivoCaratteristiche con carico resistivo
CCM (CCM (IIoo > I> Ioolimlim))
DCM (DCM (IIoo < I< Ioolimlim)) M UU k
o
i= =
δM UU k
o
i= =
δ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δ
δM U
UNN
o
i= =
−2
1 1δ
δ
Caratteristiche con carico resistivoCaratteristiche con carico resistivo
k f LRS
o=
2 1k f LRS
o=
2 1
( )k NNlim = −
1
2
21 δ( )k N
Nlim = −
1
2
21 δ
CCM (CCM (IIoo > I> Ioolimlim))
DCM (DCM (IIoo < I< Ioolimlim))
k f LRS
o=
2 1k f LRS
o=
2 1
M UU k
o
i= =
δM UU k
o
i= =
δ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δ
δM U
UNN
o
i= =
−2
1 1δ
δ
Caratteristiche con carico resistivoCaratteristiche con carico resistivo
Modo di utilizzoModo di utilizzo
–– si sfrutta l’intera escursione del si sfrutta l’intera escursione del flusso (flusso (∆Φ∆Φ = B= Bsatsat S) e quindi il S) e quindi il nucleo risulta più piccolonucleo risulta più piccolo
–– si ottengono migliori si ottengono migliori caratteristiche dinamichecaratteristiche dinamiche
Il convertitore flyback si usa Il convertitore flyback si usa normalmente in DCM perchè:normalmente in DCM perchè:
Modo di utilizzoModo di utilizzo
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore Flyback (iconvertitore Flyback (iLL = I= ILL))
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore Flyback (iconvertitore Flyback (iLL = I= ILL))
( )PP
oS
= − ≤δ δ1 14( )P
PoS
= − ≤δ δ1 14 (CCM)(CCM)
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore Flyback (iconvertitore Flyback (iLL = I= ILL))
( )PP
oS
= − ≤δ δ1 14( )P
PoS
= − ≤δ δ1 14
( )PP
oS
=−
≤δ δ1
218
( )PP
oS
=−
≤δ δ1
218
(CCM)(CCM)
(limite CCM (limite CCM -- DCM)DCM)
( )PP
oS
= − ≤δ δ1 14( )P
PoS
= − ≤δ δ1 14
( )PP
oS
=−
≤δ δ1
218
( )PP
oS
=−
≤δ δ1
218
(CCM)(CCM)
(limite CCM (limite CCM -- DCM)DCM)
Poichè il tasso di utilizzo è basso il Poichè il tasso di utilizzo è basso il convertitore si usa a bassa potenzaconvertitore si usa a bassa potenza
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore Flyback (iconvertitore Flyback (iLL = I= ILL))
Funzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondario
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
Funzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
I UL
tion1
1max
=I UL
tion1
1max
=
I NN
I21
21max max
=I NN
I21
21max max
=
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
I UL
tion1
1max
=I UL
tion1
1max
=
I NN
I21
21max max
=I NN
I21
21max max
=
I UL
tion1
1max
=I UL
tion1
1max
=
tt NNNN
LL11IIUUrr
oo== 22
11
11maxmax
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
Progetto di un convertitore Flyback Progetto di un convertitore Flyback multimulti--uscitauscita
++
--uuo1o1
SS
UUii++
--LL
iio1o1DD11
++
--uuoNoN
DDNN
CC11
CCNN
iioNoN
NNpp
NN11
NNNN
Progetto di un convertitore Flyback Progetto di un convertitore Flyback multimulti--uscitauscita
Ogni uscita richiede Ogni uscita richiede un solo diodo e un solo diodo e condensatorecondensatore
Progetto di un convertitore Flyback Progetto di un convertitore Flyback multimulti--uscitauscita
++
--uuo1o1
SS
UUii++
--LL
iio1o1DD11
++
--uuoNoN
DDNN
CC11
CCNN
iioNoN
NNpp
NN11
NNNN
Le uscite sono bene Le uscite sono bene accoppiateaccoppiate
Progetto di un convertitore Flyback Progetto di un convertitore Flyback multimulti--uscitauscita
Ogni uscita richiede Ogni uscita richiede un solo diodo e un solo diodo e condensatorecondensatore
++
--uuo1o1
SS
UUii++
--LL
iio1o1DD11
++
--uuoNoN
DDNN
CC11
CCNN
iioNoN
NNpp
NN11
NNNN
Applicazione:Applicazione:
Alimentatore per scheda di Alimentatore per scheda di controllo e driver di un inverter per controllo e driver di un inverter per
azionamentoazionamento
Progetto di un convertitore Flyback Progetto di un convertitore Flyback multimulti--uscitauscita
Convertitore Flyback multiConvertitore Flyback multi--uscitauscita
Specifiche di progetto Specifiche di progetto
Potenza di uscita totale ..............=18WPotenza di uscita totale ..............=18W
Frequenza di commutazione ......=50kHzFrequenza di commutazione ......=50kHz
Tensione continua d’ingresso ...=180Tensione continua d’ingresso ...=180--710V710V
UU0101-- UU0303 = +15 V= +15 V 1313--2525UU0404 = +15 V= +15 V 4444--8383UU0505 = +5 V= +5 V 100100--350350UU0606 = +15 V= +15 V 150150--400400UU0707 = = --15 V15 V 8080--280280UU0808 = +24 V= +24 V 00--100100UU0909 = +15 V= +15 V 5050UU1010 = +15 V= +15 V 1.71.7
TensioniTensionidi uscita [V]di uscita [V]
AssorbimentoAssorbimento(min(min--max) [mA]max) [mA]
Specifiche per le singole usciteSpecifiche per le singole uscite
Analisi del convertitore flyback Analisi del convertitore flyback multimulti--uscitauscita
Riportando tutti i parametri a primario si Riportando tutti i parametri a primario si possono utilizzare le relazioni del possono utilizzare le relazioni del convertitore buckconvertitore buck--boostboost
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
nnNNNNjj
jj
pp==
Analisi del convertitore multiAnalisi del convertitore multi--uscitauscita
Analisi del convertitore multiAnalisi del convertitore multi--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
nnNNNNjj
jj
pp== uu
uunnopopojoj
jj==
nnNNNNjj
jj
pp== i n iop j oj
j
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1
Analisi del convertitore multiAnalisi del convertitore multi--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
uuuunnopopojoj
jj==
nnNNNNjj
jj
pp==
RGop
op=
1RGop
op=
1
i n iop j ojj
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1
Analisi del convertitore multiAnalisi del convertitore multi--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
uuuunnopopojoj
jj==
nnNNNNjj
jj
pp==
G G nop oj jj
N=
=∑ 2
1G G nop oj j
j
N=
=∑ 2
1R
Gopop
=1R
Gopop
=1
Analisi del convertitore multiAnalisi del convertitore multi--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
i n iop j ojj
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1uu
uunnopopojoj
jj==
C C np j jj
N=
=∑ 2
1C C np j j
j
N=
=∑ 2
1
nnNNNNjj
jj
pp==
G G nop oj jj
N=
=∑ 2
1G G nop oj j
j
N=
=∑ 2
1R
Gopop
=1R
Gopop
=1
Analisi del convertitore multiAnalisi del convertitore multi--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
i n iop j ojj
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1uu
uunnopopojoj
jj==
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
Ipotesi:Ipotesi: funzionamento CCM alla corrente funzionamento CCM alla corrente nominale nominale (I(Ioolimlim = 40% I= 40% Ioonomnom))
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Motivo:Motivo: limitare inferiormente tlimitare inferiormente tononminmin (2 (2 µµs)s)
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireIpotesi:Ipotesi: funzionamento CCM alla corrente funzionamento CCM alla corrente
nominale nominale (I(Ioolimlim = 40% I= 40% Ioonomnom))
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
MUU
op
imin
min
minmax
= =−δ
δ1M
UU
op
imin
min
minmax
= =−δ
δ1Rapporti diRapporti diconversioneconversione
MUU
op
imax
max
maxmin
= =−δ
δ1M
UU
op
imax
max
maxmin
= =−δ
δ1
Ipotesi:Ipotesi: funzionamento CCM alla corrente funzionamento CCM alla corrente nominalenominale
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
Motivo:Motivo: limitare inferiormente tlimitare inferiormente tononminmin
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
MUU
op
imin
min
minmax
= =−δ
δ1M
UU
op
imin
min
minmax
= =−δ
δ1Rapporti diRapporti diconversioneconversione
MUU
op
imax
max
maxmin
= =−δ
δ1M
UU
op
imax
max
maxmin
= =−δ
δ1δδminmin e e δδmaxmax dipendono dalla scelta di Udipendono dalla scelta di Uopop
Ipotesi:Ipotesi: funzionamento CCM alla corrente funzionamento CCM alla corrente nominalenominale
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
Motivo:Motivo: limitare inferiormente tlimitare inferiormente tononminmin
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
•• la tensione massima dell’interruttorela tensione massima dell’interruttore
•• il minimo til minimo tonon dell’interruttoredell’interruttore
Il valore della tensione di carico riportata Il valore della tensione di carico riportata a primario (Ua primario (Uopop) si determina in modo da ) si determina in modo da limitare a valori opportuni:limitare a valori opportuni:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
Tensione massima dell’interruttoreTensione massima dell’interruttore
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δminmax
max
= −1UU
i
Sδmin
max
max
= −1UU
i
S
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
Tensione massima dell’interruttoreTensione massima dell’interruttore
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Minimo tMinimo tonon dell’interruttoredell’interruttore
t Ton Smin min= δt Ton Smin min= δ
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
TTSS = 20 = 20 µµss
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
NOTA:NOTA: Se al diminuire della corrente di carico Se al diminuire della corrente di carico il convertitore entrasse in funzionamento il convertitore entrasse in funzionamento intermittente si causerebbe una ulteriore intermittente si causerebbe una ulteriore diminuzione del dutydiminuzione del duty--cycle. Per evitare ciò si cycle. Per evitare ciò si tende ad evitare il DCM.tende ad evitare il DCM.
Minimo tMinimo tonon dell’interruttoredell’interruttore
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
t Ton Smin min= δt Ton Smin min= δ TTSS = 20 = 20 µµss
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1Posto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1 t sonmin = 2µt sonmin = 2µPosto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1 t sonmin = 2µt sonmin = 2µ
U Vop ≈ 80U Vop ≈ 80
Posto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1 t sonmin = 2µt sonmin = 2µ
U Vop ≈ 80U Vop ≈ 80
nUU j Nj
op
oj= = ÷, 1n
UU j Nj
op
oj= = ÷, 1
Posto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
((αα = frazione della potenza d’uscita cui = frazione della potenza d’uscita cui corrisponde il funzionamento limite tra corrisponde il funzionamento limite tra CCM e DCM)CCM e DCM)
α = 0 4.α = 0 4.Si assume:Si assume:2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Ciò garantisce un funzionamento CCM anche Ciò garantisce un funzionamento CCM anche alla minima potenza di uscita, evitando ulteriori alla minima potenza di uscita, evitando ulteriori riduzioni del dutyriduzioni del duty--cycle.cycle.
Si assume:Si assume:2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)
α = 0 4.α = 0 4.((αα = frazione della potenza d’uscita cui = frazione della potenza d’uscita cui corrisponde il funzionamento limite tra corrisponde il funzionamento limite tra CCM e DCM)CCM e DCM)
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)
( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)
k LfRcrit
S
op=
2
max
k LfRcrit
S
op=
2
max( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)
RR
opopn
maxom=
αR
Rop
opnmax
om=α
k LfRcrit
S
op=
2
max
k LfRcrit
S
op=
2
max( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
RR
opopn
maxom=
αR
Rop
opnmax
om=α
( )L
R
f Mopn
S=
+⋅om
min2 11
2 α( )L
R
f Mopn
S=
+⋅om
min2 11
2 α
k LfRcrit
S
op=
2
max
k LfRcrit
S
op=
2
max( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)2) Calcolo dell’induttanza L (a primario)Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione dell’interruttoretensione dell’interruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
∆2
1 1 11 2( )
( )I I i I M
k Ms L
Lopmax
= + = + ++
∆2
1 1 11 2
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione dell’interruttoretensione dell’interruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione dell’interruttoretensione dell’interruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
∆2
1 1 11 2( )
( )I I i I M
k Ms L
Lopmax
= + = + ++
∆2
1 1 11 2
II AAUU VV
ss
ss
maxmax
maxmax
..==
==
00 5959790790
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
∆2
1 1 11 2( )
( )I I i I M
k Ms L
Lopmax
= + = + ++
∆2
1 1 11 2
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione dell’interruttoretensione dell’interruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Sezione del nucleo: ASezione del nucleo: Aee = 92 mm= 92 mm22
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Posto: BPosto: Bmaxmax = 200 mT= 200 mT
Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttore
Sezione del nucleo: ASezione del nucleo: Aee = 92 mm= 92 mm22
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
NLI
B Aps
e= max
maxN
LIB Ap
s
e= max
max
Posto: BPosto: Bmaxmax = 200 mT= 200 mT
Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttore
Sezione del nucleo: ASezione del nucleo: Aee = 92 mm= 92 mm22
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Nota: Nota: è necessario un traferro (air gap) è necessario un traferro (air gap) per evitare la saturazione del per evitare la saturazione del nucleo e accumulare energianucleo e accumulare energia
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
E LIL L= 12
2max
E LIL L= 12
2max
Nota: Nota: è necessario un traferro (air gap) è necessario un traferro (air gap) per evitare la saturazione del per evitare la saturazione del nucleo e accumulare energianucleo e accumulare energia
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Trascurando la riluttanza del nucleo Trascurando la riluttanza del nucleo rispetto a quella del traferro si trova:rispetto a quella del traferro si trova:
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
λµ
te pA NL
= 02
2λ
µt
e pA NL
= 02
2
λλ tt = lunghezza del traferro da realizzare = lunghezza del traferro da realizzare su ciascuna colonna del nucleosu ciascuna colonna del nucleo
Trascurando la riluttanza del nucleo Trascurando la riluttanza del nucleo rispetto a quella del traferro si trova:rispetto a quella del traferro si trova:
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
5) Calcolo delle capacità di uscita5) Calcolo delle capacità di uscitaDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Ondulazione (ripple statico):Ondulazione (ripple statico):5) Calcolo delle capacità di uscita5) Calcolo delle capacità di uscita
iiCjCj
tt--IIojoj∆∆QQjj
ttonon
ttoffoff
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
CI
U fjoj
oj S= ⋅
∆δmaxC
IU fj
oj
oj S= ⋅
∆δmax
Ondulazione (ripple statico):Ondulazione (ripple statico):5) Calcolo delle capacità di uscita5) Calcolo delle capacità di uscita
iiCjCj
tt--IIojoj∆∆QQjj
ttonon
ttoffoff
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
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